石油鉆機動力包無人值守控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種石油鉆井技術領域的自動控制系統，特別是涉及一種石油鉆機動力包無人值守控制系統。
【背景技術】
[0002]鉆井是石油勘探和開發最主要的手段之一，通過鉆井才能證實勘探地區是否含油以及含油量的多少，通過鉆井才能將地下的油氣開采出來。鉆井技術水平不僅直接影響到勘探的效果和油氣的產量，并且關系到油田開發總成本的高低。因此，提高鉆井技術水平和鉆井效率，對油氣田開發具有十分重要的意義。
[0003]石油鉆井是一個復雜、完整的工業體系，鉆井作業由鉆進、鉆具更換、泥漿循環、水泥灌漿等幾個工序完成。鉆井機械是一套為鉆井工程服務的綜合性聯合工作機，統稱鉆機，即鉆機是實現鉆井工作的一套綜合性機組，鉆井技術水平的高低很大程度上取決于鉆井設備的裝備水平。鉆機動力系統，即為鉆井設備提供動力源的設備，包括有柴油發電機組及電控系統,簡稱為鉆機動力包。
[0004]鉆機經歷了由柴油機直接驅動到電驅動的發展歷程，電驅動鉆機目前是鉆井的主流設備，其核心是電氣傳動自動化控制系統，簡稱為電控系統(集中在一個或兩個電控房內)，它的控制對象主要有柴油發電機組、泥漿泵、絞車、轉盤、頂驅、固控系統等，根據控制的是直流電機還是交流電機，分為直流電驅動系統(SCR)和交流電驅動系統(VFD)。
[0005]近年來，隨著控制技術的不斷發展，鉆井行業對鉆機的自動化程度需求越來越高，主要體現在鉆井正向無人化的方向發展。作為鉆井的核心設備，柴油發動機組供電系統和鉆機電控系統，其實現無人值守是實現整個鉆機無人化最重要的環節。
[0006]目前，鉆機柴油發電機組和電控房都是有專門的人員現場操作、維護，一方面造成人力資源的浪費，與石油系統提出的“減員增效”精神不符，另一方面故障不能及時處理，有時因為設備故障現場無法排除還需配套廠家上門服務，維護工作繁瑣、故障排除緩慢，直接造成鉆井的效率下降、成本升高及資源浪費。

【發明內容】

[0007]本發明為了解決現有鉆機柴油發電機組和電控房由于人工手動操作效率低、成本高的技術問題，提供一種效率高、成本低的石油鉆機動力包無人值守控制系統。
[0008]本發明的石油鉆機動力包無人值守控制系統，所要達到的目標是:自動起/停車、自動并網、自動負荷分配、自動卸載及解裂、自動識別警告和故障級別動作，完善的發動機組信號采集及后臺監視，采用電控系統(SCR/VFD)實現能量閉環控制。
[0009]為達到這一目標，首先要把人工值守方式下柴油發電機組的各種監控信息自動采集到電控房，這些信息包括:水溫、油壓、發動機轉速、水位、電池電壓、系統故障、緊急停車、保養提示、運行時間和燃油消耗量等。
[0010]本發明提供的石油鉆機動力包無人值守控制系統，包括ECM、J1939數據接口模塊、轉速調節器、控制器、電壓調節器和協議轉換器，ECM通過J1939數據接口模塊與協議轉換器連接，協議轉換器與控制器連接，控制器通過轉速調節器與ECM連接，電壓調節器與控制器連接。
[0011]優選地，ECM是采用J1939通訊協議的柴油發電機組的綜合管理模塊，集成了柴油發電機組的運行參數和控制信號，并通過J1939數據接口模塊以J1939協議的方式處理數據；
[0012]J1939數據接口模塊用于將ECM的J1939協議數據轉換為Modbus協議數據，協議轉換器用于將J1939數據接口模塊17輸出的Modbus協議數據轉換為Profibus-DP協議數據；
[0013]控制器通過轉速調節器控制柴油發電機組的發動機的轉速，控制器通過所述電壓調節器控制柴油發電機組的發電機的電壓。
[0014]優選地，控制器還連接有發電機出口斷路器。
[0015]優選地，J1939數據接口模塊的型號是XLG500，協議轉換器的型號是PB-B-M0DBUS485，控制器為POWER MANAGE SPM-D11型號的并網管理模塊控制器，轉速調節器為SPEED C0NTR0LER2301D型號的轉速調節器；電壓調節器為VOLTAGE C0NTR0LERDECS 100型號的電壓調節器。
[0016]本發明還提供一種石油鉆機動力包無人值守控制方法，包括以下步驟:
[0017](1)在柴油發電機組上安裝ECM和J1939數據接口模塊，在電控房安裝轉速調節器、控制器、電壓調節器和協議轉換器，將控制器通過協議轉換器與電控房的電傳動系統連接起來，將控制器與柴油發電機組的發電機連接起來，使用轉速調節器將柴油發電機組的發動機與控制器連接起來，使用電壓調節器將柴油發電機組的發電機與控制器連接起來；
[0018](2)ECM采集柴油發電機組的運行參數數據，將該數據經過J1939數據接口轉換成Modbus協議的數據，協議轉換器再將J1939數據接口模塊輸出的Modbus協議數據轉換為Profibus-DP協議數據后傳送給電控房的電傳動系統；
[0019](3)電控房的電傳動系統發出控制指令控制柴油發電機組的自動起/停車、自動并網、自動負荷分配、自動卸載及解裂。
[0020]本發明的有益效果是，本發明能夠實現實時監控、定時提示維護保養、自動報警，并可實現自動起/停車。現場人員只需在值班室就能全面了解動力包的各種性能，實現快速排除故障、預防故障發生、有效的維護工作，實現動力包的無人值守。本系統運行更加安全、可靠和穩定，并能實現減員增效，降低成本。
[0021](1)從根本上解決了鉆井隊減員增效的問題。目前，國內鉆井隊柴油發電機組和電控系統的現場日常值班維護人員通常每班3人，每天3班。實現無人值守后，只需1人在辦公室即可監控，并可簡化為每天2班。這樣每天由9人次減少為2人次，按每人每年10萬元費用計，僅人工費用即可每隊每年節省70萬元。國內一個鉆井公司的規模通常在幾十個鉆井隊伍，這樣一個鉆井公司每年可節省人工費用數百萬元。
[0022](2)對柴油機組進行無人化控制，能按照現場鉆井負荷的實際情況控制柴油機組的功率及并網數量，這樣就能最有效的發揮柴油機組的功率，避免人工控制方式下機組過載或者長期輕載情況的發生，使柴油機組工作在合理的功率區間內，從而減少了機組損耗，降低了機組故障率，提高了效率，減少了維修費用，也節省了燃油，產生較好的經濟效益。
[0023](3)首次解決了鉆機電控系統對柴油發動機的數據采集和監控問題。之前，電控系統對柴油發電機組的數據銜接僅限于發電機，即電壓、電流、功率等電參數，而對于發動機的參數，如發動機轉速、機油壓力、燃油壓力、水溫、水位、機油溫度、運行時間、燃油消耗量等事關發動機運行的重要參數，一直不能采集，造成對柴油發電機組控制的盲區，造成一些發動機出現故障后機組仍然工作的現象，極易出現小事故引發成大事故。在解決了電控系統對柴油發動機的數據采集和監控問題后，柴油發電機組無論是發動機還是發電機，都在電控系統的實時監控下，從而提高了機組運行的安全性與可靠性。
[0024]本發明進一步的特征，將在以下【具體實施方式】的描述中，得以清楚地記載。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明的結構示意圖；
[0026]圖2是并網管理模塊控制器SPM-D11的接口連接圖；
[0027]圖3是監視部分的連接示意圖；
[0028]圖4是并網管理模塊控制器SPM-D11、DECS100電壓調節器、2301D轉速調節器和柴油發電機組的連接示意圖。
[0029]附圖符號說明:
[0030]1.柴油發電機組,2.電控房,3.發動機,4.發電機,5.ECM,6.進排氣系統,7.冷卻系統，8.潤滑系統，9.燃油系統，10.發電機出口斷路器，11.轉速調節器，12.控制器，13.電壓調節器，14.協議轉換器，15.電傳動系統，16.后臺，17.J1939數據接口模塊，18.發動機電氣系統，19.并網管理模塊控制器SPM-D11，20.PB-B-M0DBUS485協議轉換模塊，21.S7-300PLC控制器，22.工控機，23.遠程監控工控機。
【具體實施方式】
[0031]如圖1所示，電控房2和柴油發電機組1連接，后臺16與電控房2連接。柴油發電機組1包括相互匹配連接的發動機3和發電機4，進排氣系統6、冷卻系統7、潤滑系統8、燃油系統9、發動機電氣系統18分別與發動機3連接。ECM5安裝在發動機3上，ECM5是指電子控制模塊，ECM5可以是機組出廠時自帶。
[0032]電控房2包括控制器12、發電機出口斷路器10、轉速調節器11、電壓調節器13、協議轉換器14和電傳動系統15，控制器12通過發電機出口斷路器10與發電機4連接，控制器12通過轉速調節器11與ECM5連接，控制器12通過電壓調節器13與發電機4連接，協議轉換器14與控制器12連接，ECM5通過J1939數據接口模塊17與協議轉換器14連接，電傳動系統15與協議轉換器14連接，后臺16與電傳動系統15連接。
[0033]后臺16可以是值班房或經理房的電腦。
[0034]ECM5是柴油發電機組1的綜合管理模塊，集成了柴油發電機組1運行的水溫、油壓、發動機轉速、水位、電池電壓、系統故障、緊急停車、保養提示、運行時間和燃油消耗量等各種參數及控制信號，通過J1939數